2205 二相ステンレス鋼: 強度と耐食性の説明

2205二相ステンレス鋼とは何ですか?

2205 は最も広く使用されている二相ステンレス鋼です。その微細構造は、ほぼ同じ割合のオーステナイトとフェライトで構成されており、そのバランスにより、靱性と耐食性の多くを維持しながら、このグレードに従来のオーステナイト系ステンレス鋼の約 2 倍の降伏強度が与えられます。この名前は、古典的な 22 % クロム、5 % ニッケルの配合に由来しており、このグレードは UNS S32205 に基づいて供給されており、古い図面には以前の UNS S31803 の指定がまだ表示されています。強度と耐食性の両方が 1 つの材料で得られるため、設計者は塩化物を含む設備で肉厚を減らし、重量を削減し、耐用年数を延ばすために 2205 を頻繁に使用します。

化学成分と管理基準

溶体化焼きなましと溶接後に 2 つの相が平衡状態に保たれるように、化学的性質のバランスが注意深く保たれます。

要素	組成、重量%	役割
C	0.030 max	炭化物の析出を制限します
ん	2.00 max	残留制御
シ	1.00 max	脱酸素
P	0.030 max	残留制御
S	0.020 max	残留制御
Cr	21.0-23.0	不動態皮膜、耐ピッチング性
ニ	4.5-6.5	オーステナイトフォーマー
モー	2.5-3.5	耐孔食性および耐隙間性
N	0.08-0.20	強度、オーステナイトバランス、耐孔食性
鉄	バランス	マトリックス

UNS S32205 では、モリブデンの範囲が 3.0 ～ 3.5 % に、窒素の範囲が 0.14 ～ 0.20 % に狭められており、これにより、耐孔食性相当数が、緩やかな S31803 仕様の約 34 と比較して、およそ 34 ～ 36 に引き上げられています。一般的に使用されている製品規格は、プレート、シート、ストリップについては ASTM A240、バーについては ASTM A276、チューブおよびパイプについては ASTM A789 および ASTM A790、溶接パイプについては ASTM A928、鍛造品については ASTM A182 です。ヨーロッパでの指定は 1.4462、X2CrNiMoN22-5-3 と書かれています。

強度と機械的性質

二相構造は、このグレードの主な商業的利点の源です。アニール製品の室温下限値を以下に示します。

財産	最小要件	コメント
0.2 % 耐力	450 MPa	304型、316型の約2倍
抗張力	620 MPa	一般的なアニール後の値はより高くなります
伸長	25 %	成形性に優れた延性
硬度	最大約290HBW	キャップは靭性と応力腐食性能を保護します
衝撃靱性	厚肉部専用	シャルピー試験は厚壁および低温での使用では正常です

許容応力が高いため、2205 容器またはパイプラインは、多くの場合、同等の 304 または 316L 設計よりも薄い壁で構築できます。通常、断面と重量の減少がそのグレードが選択される理由であり、想定するのではなく、準拠する圧力容器または配管規格に照らして計算する必要があります。

塩化物系での耐食性

2205 は、タイプ 316L よりもはるかに優れた孔食、隙間腐食、および塩化物応力腐食割れに対する耐性があり、海水、塩水、および多くの希酸の中でも優れた性能を発揮します。それでも、その限界は尊重されるべきです。塩化物を含む用途では、このグレードは通常約 150 度未満で適用され、海水では停滞したり排水が不十分な隙間が攻撃を開始する可能性があるため、流動条件が必要になります。標準的な塩化第二鉄試験で測定される臨界孔食温度は、オーステナイトグレードの臨界孔食温度よりも大幅に高いため、2205 が海洋、淡水化、および化学プロセス装置のデフォルトの材料となっています。塩化物に対する最大限の耐性が必要な場合は、スーパー二相グレード 2507 が採用されます。

製造、溶接および一般的な用途

1020 ～ 1100 度の範囲で溶体化処理を行い、水中で急速に急冷して相バランスを回復します。

材料を約 300 度から 950 度の間で保持することは避けてください。シグマなどの金属間相が形成され、靭性が破壊される可能性があります。

ER2209 などの適合する二相フィラーを使用して溶接し、入熱を約 0.5 ～ 2.5 kJ/mm に保ち、パス間温度を約 150 度に制限します。

このグレードは冷間成形が良好ですが、オーステナイト鋼よりも加工硬化が高いため、厳しい成形には十分な曲げ半径と中間焼鈍が推奨されます。

一般的な用途には、石油とガスのフローラインとマニホールド、化学薬品貯蔵タンク、海洋プラットフォーム構造、海水淡水化プラントの配管、パルプと紙の蒸解装置、熱交換器、排煙脱硫システムなどがあります。

よくある質問

Q: 2205 ステンレス鋼は磁性を持ちますか?
はい。 304 や 316 などの完全なオーステナイト グレードとは異なり、二相構造のフェライト半分によりこのグレードは磁性を持ちます。

Q: 2205 は Type 316 よりどれくらい強いですか?
最小 0.2 % 耐力は 450 MPa で、316 要件の約 2 倍です。これにより、同じ設計圧力でより薄いセクションが可能になり、重量が削減され、多くの場合コストが削減されます。

Q: 2205は海水でも使用できますか?
流れる海水や多くの海洋用途では良好に機能しますが、停滞した状態や遮蔽された隙間ではリスクが伴います。低流量または高温が適用される場合、スーパー二相グレードがより安全な選択です。

Q: UNS S31803 と UNS S32205 の違いは何ですか?
これらは同じグレードのファミリーを表します。 S32205 はモリブデンと窒素の範囲が厳しく、同等の高い耐孔食性を保証しており、現在の仕様では主に S31803 に取って代わります。

Q: 溶接手順に資格が必要なのはなぜですか?
溶接によりオーステナイトとフェライトのバランスが変化します。入熱を制御し、適切な充填剤を使用し、パス間温度を制限する適切な手順により、耐食性と靭性が維持される範囲内でバランスが保たれます。

Q: 加工中に避けるべき温度範囲はどれくらいですか?
材料を約 300 度から 950 度の間に長時間保持すると、シグマ相やその他の金属間化合物相が促進されるため、熱処理と熱間加工のスケジュールはその期間を迅速に通過する必要があります。